JP2022545826A - Ｘ線源装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、Ｘ線源装置及びその制御方法に関するものであって、電子放出のためにカソード電極の上面に形成されるエミッタと、当該カソード電極と予め設定された距離だけ離れて形成されるアノード電極と、当該エミッタと当該アノード電極の間に位置し、少なくとも１つ以上の開口が形成された金属電極の上部に少なくとも１つ以上の層からなるグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）薄膜を転写することで形成されたゲート電極と、当該ゲート電極と当該アノード電極の間に位置し、当該エミッタから電子放出された電子ビームを当該アノード電極へ集束する集束レンズと、当該エミッタとゲート電極に対して２次元行列制御を行うことで当該被写体の位置別にＸ線線量を調整する制御モジュールとを含み、当該エミッタは第１の方向にアレイ配列され、当該ゲート電極は第２の方向にアレイ配列され、第１の方向と第２の方向とは垂直に交差し、当該制御モジュールは、当該アレイ配列の規模に応じてＸ線線量を決定する。

Description

本発明は、カソード電極とゲート電極とを行列制御可能にアレイ配列し、被写体の位置によって線量の制御を可能にするＸ線源装置及びその制御方法に関する。

Ｘ線源の特性は、Ｘ線の線量、エネルギー、焦点によって決定するものであり、医療又は産業検査において求められるＸ線源を得るためには、高輝度及び大電流の電子放出源が必要である。このとき、電子放出源の特性は輝度で評価され、電子が特定の方向へ高密度で放出されなければ輝度が大きくならない。

一般的に、冷陰極Ｘ線源は、ゲート電極に電圧を印加して炭素ナノチューブ電子放出源から電子ビームを引き出した後、集束電極を介して電子ビームを高密度で集束させてアノード電極へ誘導する。また、カソード電極とアノード電極との間に高電圧を印加すれば、電子はアノード電極の方向へ加速され、アノード電極に強く衝突することによってアノード電極からＸ線を発生させる。

従来のＸ線源は、熱電子放出により作動し、反射アノード電極を使用しているため、Ｘ線が点光源から放射状に放出され、線量の制御が難しく、Ｘ線の強さが均一ではないという問題点がある。

また、従来の冷陰極電子放出源においては、ＣＮＴを電子放出素材として主に使用しており、ＣＮＴを伝導性の有機物と混合しペースト状にして電子放出源に製作している。ＣＮＴペースト電子放出源は、製作過程において電界放出源であるＣＮＴが所望しない有機物質により汚染することがあり、ＣＮＴを垂直方向へ配向させることが非常に難しい。また、ＣＮＴペースト電子放出源は、電界放出の際に有機物質によるガスが発生し、装置内の真空度を下げることによって、電界放出効率が大いに減少し、電界電子放出素子の寿命が短縮するなどの深刻な問題をもたらすことになる。

さらに、従来のＸ線源では、熱電子放出ベースの点光源を使用している。このような従来のＸ線源は、Ｘ線線量の制御が難しく、Ｘ線が放射状に発生するので、Ｘ線のエネルギーがばらつき、アノード電極に衝突する電子ビームの焦点のサイズが大きいので、Ｘ線映像の解像度を高くするには限界がある。

本発明の一実施例は、ＣＮＴ薄膜、グラフェン薄膜又は炭素ナノ物質薄膜などを利用したエミッタを製作することで電界放出効率を上げ、透過型のアノード電極を使用してＸ線が面光源の形態で被写体に放出されるようにし、エミッタから放出される電子ビームを行列制御駆動することによって、被写体の位置別に最適化されたＸ線線量を照射できるようにするＸ線源装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

但し、本発明の一実施例が解決しようとする技術的課題は、上記したような技術的課題に限定されるものではなく、また他の技術的課題が存在し得る。

上述した技術的課題を解決するための技術的手段として、本発明の一側面に係るＸ線源装置は、被写体にＸ線を放出するＸ線源装置において、電子放出のためにカソード電極の上面に形成されるエミッタと、当該カソード電極と予め設定された距離だけ離れて形成されるアノード電極と、当該エミッタと当該アノード電極の間に位置し、少なくとも１つ以上の開口が形成された金属電極の上部に少なくとも１つ以上の層からなるグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）薄膜を転写することで形成されたゲート電極と、当該ゲート電極と当該アノード電極の間に位置し、当該エミッタから電子放出された電子ビームを当該アノード電極へ集束する集束レンズと、当該エミッタとゲート電極に対して２次元行列制御を行うことで当該被写体の位置別にＸ線線量を調整する制御モジュールとを含み、当該エミッタは第１の方向にアレイ配列され、当該ゲート電極は第２の方向にアレイ配列され、第１の方向と第２の方向とは垂直に交差し、当該制御モジュールは、当該アレイ配列の規模に応じてＸ線線量を決定する。

本発明の他の一側面に係るＸ線源装置の制御方法は、被写体にＸ線を放出するＸ線源装置の制御方法において、当該Ｘ線源装置は、カソード電極の上面にエミッタが第１の方向にアレイ配列され、当該エミッタとアノード電極との間でゲート電極が当該第１の方向と垂直に交差する第２の方向にアレイ配列されたものであり、当該アレイ配列されたエミッタとゲート電極に対して２次元行列制御を行うことで当該被写体の位置別にＸ線線量を調整するステップを含み、当該被写体の位置別のＸ線線量は、当該アレイ配列の規模に応じて決定する。

上述した本発明の課題を解決するための手段によれば、カソード電極とゲート電極に対して２次元行列制御を可能にすることで、被写体の位置別に最適化されたＸ線線量を照射できるようになるので、必要以上のＸ線が被写体に照射されることを防止することができ、高解像度及び高品質のＸ線映像が得られる効果がある。

このように、本発明は、２次元行列制御によって、Ｘ線線量の制御が容易となり、且つ被写体にＸ線を均一に照射することができるため、電子ビームの焦点の大きさへの依存性が低い高解像度の面光源のＸ線源を製作することができるという効果もある。

また、本発明は、真空濾過方法により、有機物が含まれていないＣＮＴ素材のみを利用してＣＮＴ薄膜を製作した後、ＣＮＴ薄膜をポイント状又はライン状に加工してエミッタを製造したり、グラフェン薄膜又は炭素ナノ物質薄膜を利用してエミッタを製造した後、該エミッタをアレイ状に配列して冷陰極電子放出源に使用することにより、点状又は面状の電子ビームを様々な大きさに発生させ、且つ放出電流の大きさを調整することができ、電子ビーム透過量と密度の高いＸ線源の製作が可能となる効果がある。

このとき、本発明は、ＣＮＴペーストの冷陰極電子放出源の代りにＣＮＴ薄膜をエミッタに使用することによって、有機物を含有するペーストや他の接着剤なしでも、ナノ素材であるＣＮＴ薄膜内の強い結合力、及びＣＮＴエミッタとカソード電極との間における強い電気的／機械的な接着特性を確保することができるので、既存の有機物による真空度低下の問題を解決しつつ、電界放出効率が高く、寿命の特性に優れたＸ線源の製作が可能という効果がある。

本発明の一実施例に係るＸ線源装置を説明する図である。 本発明の一実施例に係る２次元行列制御が可能なＸ線源装置を説明する図である。 本発明の一実施例に係るＸ線源装置の制御方法を説明するフローチャートである。 図３のＣＮＴエミッタを形成する方法を説明するフローチャートである。 図４によってＣＮＴのネットワークが形成されたＣＮＴ薄膜を説明する図である。 図４によって多角形に加工されたＣＮＴ薄膜を説明する図である。 図４によって点状又は面状に加工されるＣＮＴエミッタの様々な例示を説明する図である。 図７によって形成されたＣＮＴエミッタのアレイ配列状態を説明する図である。 図３のゲート電極を形成する方法を説明するフローチャートである。 図９においてグラフェン薄膜を金属電極上に転写する過程を説明する図である。 図９によってアレイ配列されたゲート電極の例示を説明する図である。

以下では、添付した図面を参照しながら、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例を詳しく説明する。ところが、本発明は様々な異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明とは関係ない部分は省略しており、明細書全体に亘って類似した部分に対しては類似した図面符号を付けている。

明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているという場合、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「電気的に連結」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」という場合、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味し、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分又はこれらを組み合わせたものの存在又は付加可能性を予め排除するものではないと理解されなければならない。

本明細書において「部」とは、ハードウェア又はソフトウェアによって実現されるユニット（ｕｎｉｔ）、両方を利用して実現するユニットを含み、１つのユニットが２つ以上のハードウェアを利用して実現されても良く、２つ以上のユニットが１つのハードウェアによって実現されても良い。

以下、添付した図面を参照しながら本発明の一実施例を詳しく説明することとする。

図１は、本発明の一実施例に係るＸ線源装置を説明する図であり、図２は、本発明の一実施例に係る２次元行列制御が可能なＸ線源装置を説明する図である。

図１及び図２を参照すると、被写体にＸ線を放出するＸ線源装置１００は、カソード電極１０１と、エミッタ１１０と、アノード電極１２０と、ゲート電極１３０と、集束レンズ１４０と、電子ビーム視準器１５０とを含む。

カソード電極１０１、アノード電極１２０及びゲート電極１３０は、電界を印加するために外部電源（図示せず）と連結されても良い。例えば、カソード電極１０１は、負の電圧源又は正の電圧源と連結され、アノード電極１２０とゲート電極１３０は、カソード電極１０１に連結された電圧源の電位よりも相対的に高い電位を印加することのできる電圧源と連結されても良い。

エミッタ１１０は、カソード電極１０１上に形成され、電子が放出される冷陰極電子放出源として使用される。つまり、エミッタ１１０は、カソード電極１０１、アノード電極１２０及びゲート電極１３０に印加された電圧により形成された電界によって電子を放出しても良い。かかるＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ ＮａｎｏＴｕｂｅ）薄膜を利用して製造されたエミッタ１１０は、ＣＮＴ薄膜をポイント状又はライン状に加工して点状又は面状の電子ビームを発生させても良い。

このとき、エミッタ１１０は、低い閾値電界と高い電界放出電流密度を提供するためにＣＮＴ薄膜を使用しているが、ＣＮＴ薄膜の他にもグラフェン薄膜又は炭素ナノ物質薄膜（例えば、ナノグラファイト薄膜など）を使用して製造された高性能の電界放出特性を有するエミッタを使用しても良い。

アノード電極１２０は、カソード電極１０１から電子ビームが放出される方向へ予め設定された距離だけ離れて形成される。

ゲート電極１３０は、エミッタ１１０とアノード電極１２０の間に位置し、エミッタ１１０の上方に離れて形成される。ゲート電極１３０は、少なくとも１つ以上の開口が形成された金属電極の上部に少なくとも１つ以上の層からなるグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）薄膜を転写することで形成される。

また、ゲート電極１３０は、孔が形成された金属平板又は多角形状の金属メッシュ（ｍｅｓｈ）を金属電極に使用した形態であるか、金属電極の上部にグラフェン薄膜を付着した形態、２つの金属電極の間に少なくとも１つ以上のグラフェン薄膜を挿入した形態のうち何れか１つの形態に形成されても良い。

このとき、エミッタ１１０とゲート電極１３０はアレイ状に配列される。例えば、互いに並んで離れた複数のエミッタ１１０が第１の方向に沿って等間隔に並んで配置される形態でアレイ配列され、ゲート電極１３０は、第２の方向に沿って等間隔に並んで配置される形態でアレイ配列され、第１の方向と第２の方向とは垂直に交差しても良い。

集束レンズ１４０は、ゲート電極１３０とアノード電極１２０の間に位置し、エミッタ１１０から電子放出された電子ビームをアノード電極１２０へ集束する。

電子ビーム視準器１５０は、集束レンズ１４０とアノード電極１２０の間に位置し、集束レンズ１４０を通過した電子ビームが直進してアノード電極１２０に集束されるようにする。かかる電子ビーム視準器１５０は、集束レンズ１４０を通過した電子ビームの直進性をさらに向上させることができる。

一方、図２に示すように、Ｘ線源装置１００は、制御モジュール１６０によってアレイ配列されたエミッタ１１０とゲート電極１３０に対して２次元行列制御を行う。ここで、２次元行列制御は、位置別にエミッタ１１０とゲート電極１３０との間の電圧の大きさを調整することによって、人体に必要な部位別に電子ビームの発生密度を調整する制御方式である。かかる２次元行列制御方式は、電子ビームの密度が変わることによってアノード電極１２０で発生するＸ線の密度が変わるので、人体の骨の厚さに応じたＸ線密度の調整が可能となる。

制御モジュール１６０は、被写体２００の位置別に適切にＸ線線量を調整してＸ線を発生させるが、アレイ配列の規模に応じてＸ線源の大きさを調整することができるので、大面積のＸ線源の具現が可能となる。

一方、制御モジュール１６０は、被写体２００の性別、年齢、身体情報などの特性情報を取り合わせ、このように取り合わせられた被写体２００の特性情報により、撮影部位、骨の位置、骨の厚さなどに応じてＸ線線量の放出情報を局所的に特定して出力しても良い。

例えば、各ユーザによって骨の位置や骨の厚さ分布などが異なるので、これにより適切なＸ線の局所的な放出量を調整する。そのために、被写体２００の性別、年齢、身体情報（身長、体重、体形など）などの特性情報や各被写体を区別できる追加情報を収集し、各被写体２００別に骨の位置や骨の厚さのような解剖学的構造情報を収集して、それぞれ配合する。このように、被写体の特性情報を利用すれば、被写体２００の性別、年齢、身体情報などの特性情報のみでも骨の位置や骨の厚さに関する解剖学的構造情報を推定することができ、その後は、推定された骨の位置や厚さに関する解剖学的構造情報を基に適切なＸ線線量の放出情報を位置別に決定することができる。

一方、各位置別にＸ線線量の放出情報が決定すると、エミッタ１１０とゲート電極１３０に対して２次元行列制御を行って、Ｘ線源装置１００に対してアドレッシングを行い、カソード電極１０１とゲート電極１３０に印加される電圧の大きさをそれぞれ調整することによって、エミッタ１１０の位置別のＸ線放出量を調整する。

ここで、制御モジュール１６０は、通信、自動制御、データ処理、映像情報処理などをサポートする知能型端末であり、ユーザが所望する多数の応用プログラム（即ち、アプリケーション）をインストールして実行することのできるスマートフォン（ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ）、タブレットＰＣなどのような全種類のハンドヘルド（Ｈａｎｄｈｅｌｄ）ベースの無線通信装置であっても良く、ネットワークを介して他の端末又はサーバなどにアクセスできるＰＣなどの有線通信装置であっても良い。

このように、Ｘ線源装置１００は、被写体２００に位置別に最適化されたＸ線を照射する冷陰極Ｘ線源を具現するために、ガラス材質、セラミック材質又は金属材質のうち何れか１つの材質にて形成された真空容器の内部に、カソード電極１０１上にアレイ配列されたエミッタ１１０、アレイ配列されたゲート電極１３０、集束レンズ１４０、電子ビーム視準器１５０及びアノード電極１２０を順次に配置して真空実装する。

図３は、本発明の一実施例に係るＸ線源装置の制御方法を説明するフローチャートである。

図３を参照すると、Ｘ線源装置の制御方法は、アレイ配列されたエミッタとゲート電極に対して２次元行列制御を行うことで被写体の位置別に適切にＸ線線量を調整し、Ｘ線を発生させる。

そのために、Ｘ線源装置は、カソード電極の上面に電子を放出するために、真空濾過方式によって、有機物が含まれていないエミッタが形成されると（Ｓ１１０）、エミッタを第１の方向にアレイ配列する。このとき、エミッタは、ＣＮＴ薄膜を利用して製造されたＣＮＴエミッタの他にも、グラフェン薄膜又は炭素ナノ物質薄膜のうち何れか１つを利用して製造されたエミッタを使用しても良い。

アノード電極は、カソード電極と予め設定された距離だけ離れて形成され（Ｓ１２０）、ゲート電極が少なくとも１つ以上の層からなるグラフェン薄膜を利用してエミッタとアノード電極との間で第１の方向と垂直に交差する第２の方向に形成される（Ｓ１３０）。このとき、アノード電極は、ベリリウム金属板上に薄いタングステン薄膜を蒸着させることで透過型に製作される。このように製作された透過型のアノード電極は、面光源のＸ線を発生させることができる。

ゲート電極とアノード電極の間に形成された集束レンズは、エミッタから電子放出された電子ビームをアノード電極へ集束し（Ｓ１４０）、電子ビーム視準器が集束レンズとアノード電極との間で集束レンズを通過した電子ビームの直進性を向上させるために追加設置される（Ｓ１５０）。このとき、集束レンズは、一般的な孔の形態を使用して製作されるか、レンズ上に一層又は複数層のグラフェンを転写することで製作されても良い。また、集束レンズは、１つ又は２つを使用しても良い。

エミッタとゲート電極とが互いに垂直に交差するようにアレイ配列されたＸ線源装置は、２次元行列制御が可能な大面積エミッタ及びゲート電極となっても良い。

Ｘ線源装置は、被写体の性別、年齢、身体情報などの特性情報を取り合わせ、このように取り合わせられた被写体の特性情報により、撮影部位、骨の位置、骨の厚さなどに応じてＸ線線量の放出情報を局所的に特定して出力する（Ｓ１６０）。つまり、Ｘ線源装置は、各位置別にＸ線線量の放出情報が決定すると、アレイ配列されたエミッタとゲート電極に対して２次元行列制御によりアドレッシングを行い、カソード電極とゲート電極に印加される電圧の大きさをそれぞれ調整することで、エミッタの位置別のＸ線放出量を調整し、Ｘ線を放出する（Ｓ１７０）。

図４は、図３のＣＮＴエミッタを形成する方法を説明するフローチャートであり、図５は、図４によってＣＮＴのネットワークが形成されたＣＮＴ薄膜を説明する図であり、図６は、図４によって多角形に加工されたＣＮＴ薄膜を説明する図である。図７は、図４によって点状又は面状に加工されるＣＮＴエミッタの様々な例示を説明する図であり、図８は、図７によって形成されたＣＮＴエミッタのアレイ配列状態を説明する図である。

図４乃至図８を参照すると、ＣＮＴエミッタ１１０は、蒸留水（ＤＩ Ｗａｔｅｒ）２００ｍｌにドデシル硫酸ナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ Ｄｏｄｅｃｙｌ Ｓｕｌｆａｔｅ、ＳＤＳ）２００ｍｇ、単層カーボンナノチューブ（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ ＮａｎｏＴｕｂｅ）４ｍｇを分散させてＣＮＴ分散水溶液を製造する（Ｓ４１０）。ＣＮＴ分散水溶液は、６５分間の音波処理工程（Ｓ４２０）、４０分間の遠心分離工程（Ｓ４３０）を経た後、このＣＮＴ分散水溶液を陽極酸化アルミニウム膜（ＡＡＯ ｍｅｍｂｒａｎｅ）に濾過して蒸留水のみを通過させると、ＣＮＴがＡＡＯ膜にかかって溜まる形態となる（Ｓ４４０）。

図５に示すように、ＡＡＯ膜にかかったＣＮＴは、ファンデルワールス力によって互いに強く絡み合い、その後、水酸化ナトリウム溶液（ＮａＯＨ）を利用してＡＡＯ膜を溶解させれば、ＣＮＴのネットワークが形成されたＣＮＴ薄膜が製造される（Ｓ４５０）。このとき、緻密化工程を行って、ＣＮＴ薄膜をイソプロピルアルコール溶液（ＩＰＡ）に浸してから取り出して乾燥すると、各ＣＮＴがさらに密に絡み合う。緻密化工程が行われたＣＮＴ薄膜１１１の表面を走査電子顕微鏡で分析すると、ＣＮＴがネットワークを形成して密に絡み合っている様子を確認することができる。

このように形成されたＣＮＴ薄膜１１１は、図６に示すように、三角形又は四角形などの多角形に切断された後、平板に圧搾されて電子放出源に製作され、カソード電極１０１の上面にＣＮＴエミッタ１１０を形成する（Ｓ４６０）。このとき、ＣＮＴエミッタ１１０がより安定的に動作するために、炭化工程を行う。炭化工程は、ＣＮＴ薄膜１１１に高分子有機物、即ち炭素ベースの物質をコーティングして高温且つ真空状態で熱処理を進めると、ＣＮＴのネットワーク内の各ＣＮＴの間に炭素ベースの物質が挿入されて隙間を埋め、このような過程によりＣＮＴ間の結合力をより強化することができる。

図７に示すように、ＣＮＴ薄膜は、切断方法によってポイント状又はライン状のＣＮＴエミッタ１１０に製作されるが、ＣＮＴ薄膜１１１を扇形や三角形の形状に切断した場合、上部が点（Ｐｏｉｎｔ）に収束する形態となり、四角形の形状に切断した場合、上部がライン（Ｌｉｎｅ）に収束する形態となっても良い。

また、図８に示すように、複数のＣＮＴ薄膜１１１をポイント状又はライン状に加工した後、カソード電極１０１の間に挿入することでアレイ配列されたＣＮＴエミッタ１１０を形成すると、ＣＮＴエミッタは、ＣＮＴ薄膜の切断方法によって点状又は面状の電子ビームを様々な大きさで発生させることができる。

図９は、図３のゲート電極を形成する方法を説明するフローチャートであり、図１０は、図９においてグラフェン薄膜を金属電極上に転写する過程を説明する図であり、図１１は、図９によってアレイ配列されたゲート電極の例示を説明する図である。

図９乃至図１１を参照すると、ゲート電極の製造方法は、銅ホイル上に熱ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法によりグラフェンを合成した後、スピンコータ（Ｓｐｉｎ ｃｏａｔｅｒ）を利用してグラフェン上にメタクリル樹脂（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）をコーティングする（１）。

その後、銅エッチング溶液を利用して銅ホイルをエッチングし（２）、蒸留水に洗浄することで残存する銅ホイルを除去する（３）。この過程を複数回繰り返すことで積み重ねられた複数層のグラフェン薄膜を製作し、図１０に示すように、一層又は複数層のグラフェン薄膜を金属電極上に転写する（４，５，６，７）。このとき、金属電極は、円状の孔を有する金属平板であるか、四角形、円形、六角形などの金属メッシュであっても良い。

グラフェン薄膜１３１を金属電極上に転写した後、グラフェン薄膜１３１上に残存するメタクリル樹脂を除去するために、アセトン溶液に浸してから取り出して乾燥した後、１０－５Ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気下において３００℃の熱処理を進めると、安定的にグラフェン薄膜が転写されたゲート電極１３０を製作することができる（８，９）。さらに、図１１に示すように、ゲート電極１３０は、アレイ配列されて行列制御が可能な大面積ゲート電極に製作されても良い。ここで、ゲート電極は、２つの金属電極の間に一層又は複数層のグラフェン薄膜を挿入して製作しても良い。

少なくとも一層以上のグラフェン薄膜を利用して製造されたゲート電極は、電界が均一に印加されることができるので、電子ビームの直進性が向上し、グラフェンが原子スケールのメッシュであるので、電子ビームの透過効率が増加し、熱伝逹効率が非常に優れたグラフェンにより、電子ビームの衝突によって発生する熱を効果的に分散させることができるので、ゲート電極自体の熱的安全性が向上することができる。

一方、集束レンズは、ゲート電極と同様に、金属平板や金属メッシュに一層又は複数層のグラフェンを転写することで製作されるか、２つの集束レンズに少なくとも１つ以上のグラフェン薄膜を挟んで製作されても良い。

このように、本発明の一実施例に係るＸ線源装置及びその制御方法は、ＣＮＴ薄膜を利用した冷陰極電子放出源を使用し、透過型のアノード電極を通じて面光源の形態のＸ線を被写体に照射することができ、ＣＮＴエミッタから発生する電子ビームを行列制御で駆動することによって、被写体の位置別に最適化されたＸ線線量を照射することができる。

上述した本発明の実施例に係るＸ線源の製造方法及びＸ線源装置により具現される行列制御方法は、コンピュータにより実行されるプログラムモジュールのようなコンピュータにより実行可能な命令語を含む記録媒体の形態に具現されても良い。このような記録媒体は、コンピュータ読み取り可能な媒体を含み、コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の可用媒体であっても良く、揮発性及び不揮発性の媒体、分離型及び非分離型の媒体を全て含む。また、コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ格納媒体を含み、コンピュータ格納媒体は、コンピュータ読み取り可能な命令語、データ構造、プログラムモジュール、又はその他のデータのような情報格納のための任意の方法又は技術で具現された揮発性及び不揮発性、分離型及び非分離型の媒体を全て含む。

上述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態に容易に変形可能であるということを理解できるはずである。それゆえ、上記した実施例は全ての面において例示的なものであり、限定的なものではないと理解すべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素は分散して実施されても良く、同様に、分散したものと説明されている構成要素も結合された形態で実施されても良い。

また、本発明の方法及びシステムは、特定の実施例と係わって説明されたが、これらの構成要素や動作の一部又は全部は、汎用のハードウェアアキテクチャを有するコンピュータシステムを使用して具現されても良い。

本発明の範囲は、詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導出される全ての変更又は変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。

Claims (19)

1. 被写体にＸ線を放出するＸ線源装置において、
   電子放出のためにカソード電極の上面に形成されるエミッタと、
   前記カソード電極と予め設定された距離だけ離れて形成されるアノード電極と、
   前記エミッタと前記アノード電極の間に位置し、少なくとも１つ以上の開口が形成された金属電極の上部に少なくとも１つ以上の層からなるグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）薄膜を転写することで形成されたゲート電極と、
   前記ゲート電極と前記アノード電極の間に位置し、前記エミッタから電子放出された電子ビームを前記アノード電極へ集束する集束レンズと、
   前記エミッタとゲート電極に対して２次元行列制御を行うことで前記被写体の位置別にＸ線線量を調整する制御モジュールとを含み、
   前記エミッタは第１の方向にアレイ配列され、前記ゲート電極は第２の方向にアレイ配列され、第１の方向と第２の方向とは垂直に交差し、前記制御モジュールは、前記アレイ配列の規模に応じてＸ線線量を決定する、Ｘ線源装置。
2. 前記制御モジュールは、前記エミッタとゲート電極との間の電圧の大きさを調整することによって、人体に必要な部位別に電子ビームの発生密度を調整する２次元行列制御を行う、請求項１に記載のＸ線源装置。
3. 前記集束レンズとアノード電極の間に位置し、前記集束レンズを通過した電子ビームが直進して前記アノード電極に集束されるようにする電子ビーム視準器（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）をさらに追加する、請求項１に記載のＸ線源装置。
4. 前記エミッタは、真空濾過方式で製作されたＣＮＴ薄膜を使用して製造され、
   前記ＣＮＴ薄膜は、アルコール溶液を使用する高密度化（Ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）工程又は高分子有機物をコーティングした後に高温且つ真空状態で熱処理する炭化（Ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ）工程により製造される、請求項１に記載のＸ線源装置。
5. 前記エミッタは、ＣＮＴ薄膜を点（ｐｏｉｎｔ）状又は線（ｌｉｎｅ）状に加工して製造し、
   少なくとも１つ以上のＣＮＴ薄膜を多角形に切断した後、前記切断された多角形のＣＮＴ薄膜を平板に圧搾して前記カソード電極の間に挿入する、請求項４に記載のＸ線源装置。
6. 前記ゲート電極は、孔が形成された金属平板又は多角形状の金属メッシュ（ｍｅｓｈ）を金属電極に使用した形態、前記金属電極の上部にグラフェン薄膜を付着した形態、２つの金属電極の間に少なくとも１つ以上のグラフェン薄膜を挿入した形態のうち何れか１つの形態に形成される、請求項１に記載のＸ線源装置。
7. 前記集束レンズは、孔の形態に製造されるか、少なくとも１つ以上のグラフェン薄膜が転写された形態に製造される、請求項１に記載のＸ線源装置。
8. 前記エミッタは、ＣＮＴ薄膜、グラフェン薄膜又は炭素ナノ物質薄膜のうち何れか１つを利用して製造される、請求項１に記載のＸ線源装置。
9. 前記Ｘ線源装置は、ガラス材質、セラミック材質又は金属材質のうち何れか１つの材質にて形成された真空容器の内部に、前記エミッタ、ゲート電極、集束レンズ、アノード電極を順次に配置する、請求項１に記載のＸ線源装置。
10. 前記Ｘ線源装置は、ガラス材質、セラミック材質又は金属材質のうち何れか１つの材質にて形成された真空容器の内部に、前記エミッタ、ゲート電極、集束レンズ、電子ビーム視準器、アノード電極を順次に配置する、請求項３に記載のＸ線源装置。
11. 被写体にＸ線を放出するＸ線源装置の制御方法において、
    前記Ｘ線源装置は、カソード電極の上面にエミッタが第１の方向にアレイ配列され、前記エミッタとアノード電極との間でゲート電極が前記第１の方向と垂直に交差する第２の方向にアレイ配列されたものであり、
    前記アレイ配列されたエミッタとゲート電極に対して２次元行列制御を行うことで前記被写体の位置別にＸ線線量を調整するステップを含み、
    前記被写体の位置別のＸ線線量は、前記アレイ配列の規模に応じて決定する、Ｘ線源装置の制御方法。
12. 前記制御モジュールは、前記エミッタとゲート電極との間の電圧の大きさを調整することによって、人体に必要な部位別に電子ビームの発生密度を調整する２次元行列制御を行う、請求項１１に記載のＸ線源装置の制御方法。
13. 前記エミッタは、ＣＮＴ薄膜、グラフェン薄膜又は炭素ナノ物質薄膜のうち何れか１つを多角形状に切断した後、前記切断された多角形を平板に圧搾して製造された点（ｐｏｉｎｔ）状又は線（ｌｉｎｅ）状の電子放出源である、請求項１１に記載のＸ線源装置の制御方法。
14. 前記Ｘ線源装置は、ガラス材質、セラミック材質又は金属材質のうち何れか１つの材質にて形成された真空容器の内部に、前記エミッタ、ゲート電極、集束レンズ、アノード電極を順次に配置する、請求項１１に記載のＸ線源装置の制御方法。
15. 前記集束レンズを通過した電子ビームが直進して前記アノード電極に集束されるよう、前記集束レンズとアノード電極の間に位置する電子ビーム視準器（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）が追加される場合、
    前記Ｘ線源装置は、ガラス材質、セラミック材質又は金属材質のうち何れか１つの材質にて形成された真空容器の内部に、前記エミッタ、ゲート電極、集束レンズ、電子ビーム視準器、アノード電極を順次に配置する、請求項１１に記載のＸ線源装置の制御方法。
16. Ｘ線源装置の製造方法において、
    ＣＮＴ薄膜、グラフェン薄膜又は炭素ナノ物質薄膜を三角形又は四角形の形状に切断し、その端部が点状又は線状になるように加工して複数のエミッタを形成するステップと、
    複数のカソード電極に前記点状又は線状に加工されたエミッタを１つ以上結合するステップと、
    前記エミッタが結合された複数のカソード電極を２次元アレイ状に配列するステップと、
    前記各カソード電極に対向する領域に開口部が形成され、各開口部にグラフェン薄膜が結合されたゲート電極を形成するステップと、
    前記ゲート電極の各開口部が前記各カソード電極と対向するように前記ゲート電極と前記２次元アレイ状のカソード電極を整列させるステップと、
    前記ゲート電極と所定距離離れた位置に２次元アレイ状のアノード電極を配置するステップとを含む、Ｘ線源装置の製造方法。
17. 前記カソード電極と前記アノード電極の間に、前記エミッタから電子放出された電子ビームを前記アノード電極へ集束する集束レンズと、前記集束レンズと前記アノード電極の間に、前記集束レンズを通過した電子ビームが直進して前記アノード電極に集束されるようにする電子ビーム視準器とをそれぞれ配置するステップをさらに含む、請求項１６に記載のＸ線源装置の製造方法。
18. 前記カソード電極に前記加工されたＣＮＴ薄膜を結合するステップは、互いに並んだ方向へＮ＋１個に分離されたカソード電極ブロックの間に前記加工されたＣＮＴ薄膜をそれぞれ結合して、Ｎ個の列のＣＮＴ薄膜が結合されるようにする、請求項１６に記載のＸ線源装置の製造方法。
19. 前記ゲート電極を形成するステップは、
    ゲート電極本体から前記各カソード電極に対向する領域に開口部を形成するステップと、
    グラフェン薄膜を前記開口部が形成されたゲート電極本体に転写するステップと、
    前記グラフェン薄膜が転写されたゲート電極本体に熱処理を行うステップとを含む、請求項１６に記載のＸ線源装置の製造方法。

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